太阳城集团

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一种接口扩展装置.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201510568400.7

申请日:

2015.09.09

公开号:

CN105045746A

公开日:

2015.11.11

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情: 发明专利申请公布后的驳回 IPC(主分类):G06F 13/38申请公布日:20151111|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 13/38申请日:20150909|||公开
IPC分类号: G06F13/38 主分类号: G06F13/38
申请人: 四川九洲电器集团有限责任公司
发明人: 邓玖根; 王德鹏
地址: 621000四川省绵阳市九华路6号
优先权:
专利代理机构: 北京聿宏知识产权代理有限公司11372 代理人: 张文娟; 朱绘
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510568400.7

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2019.03.15|||2015.12.09|||2015.11.11

法律状态类型:

太阳城集团发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明公开了一种接口扩展装置,属于电子太阳城集团技术领域,以解决的传统的接口扩展装置无法实现对串口和GPIO同时进行扩展,并且可靠性和稳定性较低的技术问题。该接口扩展装置包括:扩展单元,其上设置有多个串行接口和多个GPIO接口;第一接口单元,其与所述扩展单元通过总线连接;所述扩展单元用于基于时分复用方式以及通过与所述第一接口单元进行中断传输使得所述第一接口单元可以通过所述总线同时与所述多个串行接口和所述多个GPIO接口进行数据通信。

权利要求书

1.一种接口扩展装置,其特征在于,包括:
扩展单元,其上设置有多个串行接口和多个GPIO接口;
第一接口单元,其与所述扩展单元通过总线连接;
所述扩展单元用于基于时分复用方式以及通过与所述第一接口单元进行中
断传输使得所述第一接口单元可以通过所述总线同时与所述多个串行接口和所
述多个GPIO接口进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的接口扩展装置,其特征在于,所述扩展单元包括:
串口FIFO模块,其用于构造所述多个串行接口的先入先出队列;
传输控制模块,其用于根据所述多个串行接口的先入先出队列太阳城集团动态调配
所述多个串行接口之间的数据传输,实现所述第一接口单元与所述多个串行接口
之间的分时数据传输。
3.根据权利要求2所述的接口扩展装置,其特征在于,所述扩展单元包括:
中断处理模块,其用于根据所述GPIO接口的状态变化生成第一中断信号,
并将所述第一中断信号发送给所述第一接口单元,实现所述GPIO接口向所述第
一接口单元的数据传输。
4.根据权利要求3所述的接口扩展装置,其特征在于,所述第一接口单元
通过所述总线对所述GPIO接口的寄存器进行读写,实现所述第一接口单元向所
述多个GPIO接口的数据传输。
5.根据权利要求4所述的接口扩展装置,其特征在于,所述中断处理模块
还用于根据所述多个串行接口的先入先出队列的状态变化生成第二中断信号,并
通过所述总线将所述第二中断信号发送给所述第一接口单元。
6.根据权利要求5所述的接口扩展装置,其特征在于,所述第一接口单元
根据所述第二中断信号形成用于控制所述多个串行接口的数据传输的第一控制
信号,并通过所述总线将所述第一控制信号发送给所述扩展单元。
7.根据权利要求4或6所述的接口扩展装置,其特征在于,还包括:第二
接口单元,其与所述串行接口连接,所述第二接口单元根据其数据传输的状态变
化形成第三中断信号,并将所述第三中断信号发送给所述扩展单元。
8.根据权利要求7所述的接口扩展装置,其特征在于,所述中断处理模块
还用于根据所述第三中断信号形成第四中断信号并记录所述第三中断信号太阳城集团,
然后通过所述总线将所述第四中断信号发送给第一接口单元,所述第一接口单元
根据所述第四中断信号通过所述总线查询所述中断处理模块记录的所述第三中
断信号太阳城集团,并根据所述第三中断信号太阳城集团形成用于控制所述多个串行接口的数
据传输的第二控制信号发送给所述扩展单元。
9.根据权利要求8所述的接口扩展装置,其特征在于,所述第一接口单元
上设置有第一总线接口和中断输入接口,所述扩展单元上设置有第二总线接口和
中断输出接口,所述第一总线接口与所述第二总线接口通过SPI总线连接,所述
中断输出接口与所述中断输入接口连接,所述第一中断信号、所述第二中断信号
和所述第四中断信号通过所述中断输出接口传输到所述中断输入接口。
10.根据权利要求9所述的接口扩展装置,其特征在于,所述串行接口为
UART接口。

说明书

一种接口扩展装置

技术领域

本发明涉及电子太阳城集团技术领域,具体的说,涉及一种接口扩展装置。

背景技术

随着车联网技术的兴起以及车载设备应用的普及,车载设备需要控制的外设
单元也越来越多。比如一个带监控功能的行车记录仪一般包含以下模块:用于打
印小票的微型打印机、IC卡读写器、蓝牙模块、WIFI模块、北斗/GPS模块、显
示屏等等以及数个对外的RS-485接口,这些都是基于串口连接的应用;另外,
行车记录仪有时还需要监测转向灯、大灯、开门、制动、喇叭等开关量的太阳城集团,
这些又对主控系统的通用输入/输出接口(GeneralPurposeInputOutput,GPIO)
数量提出了更高的要求。因此在目前的车载设备设计方案中,都需要对串口数量
和GPIO数量进行扩展。

传统的串口扩展的方法很多:比如可以采用GPIO软件模拟的方式来实现串
口,但是这个方法对软件实现的要求比较高并且可靠性较低;又如用分立器件搭
出串口复用电路的方案来扩展串口,在该方案中当两个从机同时发数据时有可能
造成数据冲突,还有一些采用类似模拟开关切换的时分复用串口方法也有类似缺
陷;另外还有基于CPLD/FPGA的串口扩展方案,这类方案在理论上不仅能扩展
出串口,还可以扩展出其他接口,但是这种方案涉及复杂的软件开发和测试,实
现难度较大,不易使用,很难保证稳定性和可靠性。而传统的GPIO的扩展方法
是使用I2C总线或使用CPLD/FPGA芯片进行扩展,其缺陷同上。

综上所述,传统的串口和GPIO的扩展方案大多基于串口和I2C等低速总线,
在高负载情况下有可能丢失数据,可靠性和稳定性较低,而且无法实现对串口和
GPIO同时进行扩展。

因此,亟需一种能够实现对串口和GPIO同时进行扩展,并且提高数据传输
可靠性和稳定性的接口扩展装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接口扩展装置,以解决的传统的接口扩展装置无
法实现对串口和GPIO同时进行扩展,并且可靠性和稳定性较低的技术问题。

本发明提供一种接口扩展装置,该装置包括:

扩展单元,其上设置有多个串行接口和多个GPIO接口;

第一接口单元,其与所述扩展单元通过总线连接;

所述扩展单元用于基于时分复用方式以及通过与所述第一接口单元进行中
断传输使得所述第一接口单元可以通过所述总线同时与所述多个串行接口和所
述多个GPIO接口进行数据通信。

进一步的,所述扩展单元包括:

串口FIFO模块,其用于构造所述多个串行接口的先入先出队列;

传输控制模块,其用于根据所述多个串行接口的先入先出队列太阳城集团动态调配
所述多个串行接口之间的数据传输,实现所述第一接口单元与所述多个串行接口
之间的分时数据传输。

进一步的,所述扩展单元包括:

中断处理模块,其用于根据所述GPIO接口的状态变化生成第一中断信号,
并将所述第一中断信号发送给所述第一接口单元,实现所述GPIO接口向所述第
一接口单元的数据传输。

所述第一接口单元通过所述总线对所述GPIO接口的寄存器进行读写,实现
所述第一接口单元向所述多个GPIO接口的数据传输。

所述中断处理模块还用于根据所述多个串行接口的先入先出队列的状态变
化生成第二中断信号,并通过所述总线将所述第二中断信号发送给所述第一接口
单元。

所述第一接口单元根据所述第二中断信号形成用于控制所述多个串行接口
的数据传输的第一控制信号,并通过所述总线将所述第一控制信号发送给所述扩
展单元。

本发明实施例提供的接口扩展装置,还包括:第二接口单元,其与所述串行
接口连接,所述第二接口单元根据其数据传输的状态变化形成第三中断信号,并
将所述第三中断信号发送给所述扩展单元。

所述中断处理模块还用于根据所述第三中断信号形成第四中断信号并记录
所述第三中断信号太阳城集团,然后通过所述总线将所述第四中断信号发送给第一接口
单元,所述第一接口单元根据所述第四中断信号通过所述总线查询所述中断处理
模块记录的所述第三中断信号太阳城集团,并根据所述第三中断信号太阳城集团形成用于控制
所述多个串行接口的数据传输的第二控制信号发送给所述扩展单元。

所述第一接口单元上设置有第一总线接口和中断输入接口,所述扩展单元上
设置有第二总线接口和中断输出接口,所述第一总线接口与所述第二总线接口通
过SPI总线连接,所述中断输出接口与所述中断输入接口连接,所述第一中断信
号、所述第二中断信号和所述第四中断信号通过所述中断输出接口传输到所述中
断输入接口。

所述串行接口为UART接口。

本发明实施例提供的接口扩展装置实现了对串行接口和GPIO接口的同时扩
展,选用SPI总线作为主芯片与扩展单元的通信主线,实现数据的高速传输,避
免了在高负载情况下数据丢失的问题,具有较高的稳定性和可靠性,并且具有双
重中断机制,进一步保证数据传输的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分的从说明书
中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过
在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需
要的附图做简单的介绍:

图1是本发明实施例提供的接口扩展装置的示意图。

附图标记说明

1、扩展单元2、第一接口单元3、第二总线接口4、串行接口

5、GPIO接口6、第一总线接口7、串口FIFO模块8、中断处理模块

9、第二接口单元10、第三接口单元11、传输控制模块

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何
应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实
施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的
各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供一种接口扩展装置,如图1所示,该接口扩展装置包括:
扩展单元1和第一接口单元2。扩展单元1上设置有多个串行接口4和多个GPIO
接口5。第一接口单元2与扩展单元1通过总线连接。扩展单元1用于基于时分
复用方式以及通过与第一接口单元2进行中断传输使得第一接口单元1可以通过
总线同时与多个串行接口4和多个GPIO接口5进行数据通信。

可选的,扩展单元1上设置有第二总线接口3和多个串行接口4,第一接口
单元2上设置有第一总线接口6,第一总线接口6通过总线与第二总线接口3连
接。串口扩展单元1将第二总线接口3扩展为多个串行接口4和多个GPIO接口
5。在多个串行接口4处相应的连接有多个具有第二接口单元9的外部设备,第
二接口单元9用于实现该外部设备与扩展单元1的串口数据双向传输。在多个
GPIO接口5处相应的连接有多个具有第三接口单元10的外部设备,第三接口单
元10用于实现该外部设备与扩展单元1的GPIO接口数据传输,GPIO接口的输
出传输方向相对扩展单元1可以是输出,也可以是输入。

第一接口单元2可以为需扩展接口的主芯片内部的一个接口处理模块,负责
实现该装置与扩展单元1之间的通信以及与通信相关的控制处理。第二接口单元
2通过总线与扩展单元1连接并进行数据的双向传输,扩展单元1将该总线传输
扩展为多路串口传输以及多路GPIO口传输,从而使得通过多路串口和多路GPIO
口与扩展单元连接的外部设备可以通过上述总线与第一接口单元2进行双向数据
通信,从而通过扩展单元实现对于主芯片接口的多路串口和多路GPIO口的扩展。

进一步的,在本发明实施例中,第二总线接口3和第一总线接口6为SPI接
口。串行外设接口(SerialPeripheralInterface,SPI)是一种高速的,全双工,同
步的通信总线,其芯片管脚占用较少,较适用于产品内部内部元件之间的通信。
在本发明中,选用SPI总线作为主芯片与扩展单元的通信主线,可以实现数据的
高速传输,避免在高负载情况下发生数据丢失问题,提高接口扩展装置的稳定性
和可靠性。

进一步的,在本发明实施例中,扩展单元1包括有串口FIFO模块7和传输
控制模块11。串口FIFO模块7用于构造多个串行接口4的先入先出队列。传输
控制模块11用于根据多个串行接口4的先入先出队列太阳城集团动态调配多个串行接
口4之间的数据传输,实现第一接口单元2与多个串行接口4之间的分时数据传
输,即通过时分复用方式实现SPI总线的多串口扩展。

进一步的,扩展单元1中还包括有中断处理模块8。中断处理模块8用于根
据多个串行接口4的先入先出队列的状态变化生成第二中断信号,并通过总线将
第二中断信号发送给第一接口单元。中断处理模块8根据各个串口的先入先出队
列的空、满、错误等状态进行中断设置,根据中断设置相应的生成第二中断信号,
并告知主芯片。

第一接口单元2具有相应的中断处理功能,扩展单元1的中断输出连接第一
接口单元2的中断输入。第一接口单元2根据第二中断信号实时形成用于控制多
个串行接口4的数据传输的第一控制信号,并通过SPI总线将第一控制信号发送
给扩展单元1,进而通过发送的第一控制信号对各个串行接口的数据传输进行实
时控制;且当第一接口单元2发现来自串行接口的数据有误时,第一接口单元2
也实时形成用于控制对应串行接口数据传输的第三控制信号,告知对应串行接口
错误状态并请求对应串行接口进行数据重传,保证数据传输的可靠性。

进一步的,在本发明实施例中,在扩展单元中GPIO接口具有相应的接口寄
存器,中断处理模块8用于根据GPIO接口5的寄存器状态变化生成第一中断信
号,并将第一中断信号发送给第一接口单元2,实现多个GPIO接口5向第一接
口单元2的数据传输。也就是说扩展单元1输出给主芯片的中断除了可以报告串
行接口部分的控制和错误太阳城集团外,当扩展单元1扩展出的GPIO接口作为输入并
且有状态变化时,中断处理模块8实时形成相应的第一中断信号,并向主芯片输
出该中断,第一接口单元2对第一中断信号太阳城集团进行查询后,即可得到GPIO接
口的输入状态的变化太阳城集团,达到主芯片GPIO接口输入扩展的目的。

相应的,当主芯片有控制太阳城集团需要向扩展的GPIO接口5输出时,则第一接
口单元2通过SPI总线对GPIO接口5的寄存器进行读写,控制串口扩展单元1
的GPIO接口输出,实现第一接口单元2向多个GPIO接口的5数据传输,达到
主芯片GPIO接口输出扩展的目的。

具体来说,多个串行接口4的扩展数据传输通过SPI总线进行,主芯片向多
个GPIO接口5的扩展数据传输通过SPI总线进行,多个GPIO接口5向主芯片
的扩展数据传输通过中断接口进行,传输控制模块11的功能就是基于时分复用
的方式对SPI总线上的数据进行调配,即对多个串行接口4的输入输出数据以及
主芯片向多个GPIO接口5传输的数据进行调配,结合中断信号的传输,实现对
于主芯片接口的扩展,使用主芯片上的SPI接口和中断输入接口扩展出多个串行
接口和多个GPIO接口。

传输控制模块11根据FIFO模块7的状态以及中断处理模块8的状态动态调
配多个串行接口4之间的数据传输,使得高速SPI总线可以分时传输各个扩展串
口和GPIO接口的数据太阳城集团。

在本发明实施例中,第二接口单元9具有中断处理功能,位于串口外接设备
上的第二接口单元9与串行接口4连接进行数据通信,第二接口单元9上设置有
中断输出接口,与其相应的扩展单元1上设置有中断输入接口,第二接口单元9
的中断输出连接扩展单元1的中断输入。第二接口单元9根据其数据传输的状态
变化,例如发现数据传输过程中有错误或者有其他太阳城集团需要特别处理时,形成相
应的第三中断信号,并将第三中断信号发送给扩展单元1,扩展单元1的中断处
理模块8实时记录来自各个第二接口单元的中断即第三中断信号太阳城集团,并根据第
三中断信号形成一个新的中断即第四中断信号,然后通过总线将第四中断信号发
送给第一接口单元2,第一接口单元2收到来自扩展单元1的中断后,根据第四
中断信号立刻通过总线查询中断处理模块8中记录的第三中断信号太阳城集团,并根据
第三中断信号太阳城集团中记录的中断类型和优先级对来自第二接口单元9的中断进行
响应,形成用于控制多个串行接口的数据传输的第二控制信号发送给扩展单元,
完成特别太阳城集团处理或者错误控制。从而对扩展的串行接口的数据错误处理机制提
供了又一层冗余保证,进一步保证数据传输的可靠性。

可选的,第一接口单元2上设置有中断输入接口,扩展单元1上设置有中断
输出接口,中断输出接口与中断输入接口连接,第一中断信号、第二中断信号和
第四中断信号通过中断输出接口传输到中断输入接口,实现扩展单元1向第一接
口单元2的中断传输。

在本发明的具体实施方式中,第一接口单元2基于嵌入式设计集成在主芯片
上,并带有中断处理功能以及SPI接口和中断输入接口功能。扩展单元1选用价
格低廉的单片机来实现,也可以选用IC芯片并通过合适的软硬件配置来实现,
具体可以根据开发难度和成本来选择。以IC芯片为例,可以选用VK3366或
SC16IS762型号芯片。

在本发明的一个实施方式中,扩展单元1为SC16IS762芯片,串行接口为通
用异步收发传输器接口(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter,UART),
扩展单元上设置有2个带中断的UART接口和6个GPIO接口。SC16IS762芯片
硬件上可以扩展出2个UART串口和8个可复用的GPIO接口,并且可以输出中
断给其他IC芯片,其SPI总线接口时钟可达15MHz。在具体实施过程中把芯片
扩展出的8个GPIO中的两个GPIO配置为中断输入接口,作为第二接口单元9
的中断输入,这两个GPIO接收到的中断通过中断处理模块8再连接第一接口单
元2的中断输入,由第一接口单元2实现相应的中断处理程序,进而通过扩展单
元1将一个SPI总线接口扩展出2个带中断的UART串口和6个GPIO接口。

进一步的,在扩展单元1与扩展的串行接口和GPIO接口连接的外接设备的
电平不一致时,则在扩展单元1中设置电平转换模块,用于对扩展单元1的电平
进行转换,使其与外接设备电平一致。

本发明实施例提供的接口扩展装置实现了对串行接口和GPIO接口的同时扩
展,选用SPI总线作为主芯片与扩展单元的通信主线,实现数据的高速传输,避
免了在高负载情况下数据丢失的问题,具有较高的稳定性和可靠性,并且具有双
重中断机制,进一步保证数据传输的可靠性。

虽然本发明所公开的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明
而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人
员,在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节
上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所
界定的范围为准。

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